北京
該裝置采用海綿狀3D打印電極，以改善可再生能源電網的電荷存儲能力。
根據發表在《Small》期刊上的一項新研究，加州大學洛杉磯分校（UCLA）牽頭的研究團隊開發出一種帶有3D打印電極的鋅離子混合電池，其存儲的電荷量是同類混合裝置的七倍多。
該裝置專為需要快速充放電、低成本且長壽命的儲能應用而設計。
研究重點是用鋅替代鋰，因為鋅被認為更便宜、更可持續：其豐度是鋰的100倍，更易開采，也更易回收。
“能源存儲的未來不會由單一技術決定，”共同通訊作者、加州大學洛杉磯分校化學與生物化學系助理研究員馬希爾·埃爾-卡迪表示，“在某個節點，我們需要尋找能夠補充當前電網規模儲能選項的方案。我們在這項研究中所做的工作，本質上為我們提供了容量高出近一個數量級的鋅離子混合裝置。”
混合電池-超級電容器設計
加州大學洛杉磯分校團隊開發的裝置結合了兩種儲能方式。一個端子充當傳統鋰離子電池的儲能部分，另一個則使用與超級電容器中類似的碳電極。
超級電容器以快速充放電和長工作壽命著稱，但由于電荷僅存儲在電極表面，它們通常儲存的能量較少。
研究人員通過增大碳電極的表面積并在其上負載能夠存儲大量能量的氧化釩材料，克服了這一局限。
這種組合使該混合裝置能夠儲存遠超類似電容器系統的電荷量。
3D打印電極增加電荷存儲
該電極設計呈蜂窩狀或海綿狀結構，內部布滿微小空腔。它采用3D打印技術制造，液態樹脂在紫外激光照射下瞬間固化。
打印完成后，團隊通過加熱和通氣工藝去除除導電碳及開孔結構以外的所有物質。接著，研究人員利用化學方法將氧化釩負載到碳結構上。
由此制得的電極具有極大的內表面積。據研究細節披露，一克該材料如果展平成一張紙，其面積可覆蓋約10個網球場。
測試中，該裝置儲存的電荷是其他電容器的七倍多，并在1500次充放電循環后仍保持82%的容量。
3D打印測試池改進實驗室測量
該研究還引入了一種3D打印測試池，旨在改進研究實驗室中實驗性儲能裝置的測量。
目前，許多實驗室使用的是在敞口燒杯中盛裝電解液并放置兩個電極的基礎裝置。雖然也有預制玻璃測試池，但其價格可達1000美元甚至更高。敞口燒杯裝置雖然更便宜，但存在兩個主要缺點：電解液蒸發和電極位置不一致。
“我們希望這一概念能對該領域的其他研究人員有所幫助，使他們能為自己的裝置獲取更一致的測量數據和更可靠的結果，”第一作者、最近從加州大學洛杉磯分校獲得博士學位的索菲婭·上村表示。
該研究發表在《Small》期刊上。
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